آشنایی با سنسورهای گوشی های هوشمند

سنسورهای گوشی هوشمند بسیار زیاد هستند. اکنون نحوه کار سنسور شتاب سنج ، ژیروسکوپ ، مغناطیس سنج ، جی پی اس ، مجاورت و دیگر موارد مهم را بررسی می‌کنیم.

گوشی های هوشمند، نمادی واقعی از قدرت مهندسی امروز هستند. تقریبا تمامی ابزارها و گجت‌های الکترونیکی پرکاربردی که تنها یک عملکرد دارند، در این دستگاه‌ها جمع شده‌اند. البته، اگرچه کارایی یک سنسور دوربین عکاسی حرفه‌ای و یا یک دستگاه جی پی اس با سخت افزار نظیر آن‌ در گوشی هوشمند یکسان نیست، اما برای استفاده‌های عادی در سطح یکسانی با آن‌ها قرار دارند.

بسیاری از قابلیت‌های گوشی های هوشمند، به خاطر تجمع سنسورهای مختلف در آن‌هاست. اما سنسورهای گوشی هوشمند چه چیزهایی بوده و چگونه کار می‌کنند؟ چگونه یک دستگاه اندرویدی و یا آی او اس تعداد قدم‌های برداشته شده توسط شما را شمرده و به اپلیکیشن ردیاب سلامت اطلاع می‌دهد؟ وجود کدوم سنسور گوشی از اهمیت بالایی برخودار بوده و باید حین خرید یک دستگاه جدید به وجود آن به عنوان یک فاکتور مهم برای خرید دقت کنید؟

شتاب سنج (Accelerometer)

شتاب سنج‌ بر اساس محورها، به محاسبه میزان حرکت می‌پردازد. این سنسور، که در ردیاب‌های سلامتی و همچنین گوشی های هوشمند یافت می‌شود، مسئولیت شمارش قدم‌های شما و میزان مسافت طی شده را بر عهده دارد و این کار را بدون نیاز به پوشیدن وسیله‌ای جداگانه توسط کاربر انجام می‌دهد.

شتاب سنج گوشی همچنین به نرم افزارها، جهت جغرافیایی قرارگیری دستگاه را اعلام می‌کند. اگرچه این کاربرد پیشتر محدود به مسیریابی و استفاده از برنامه‌های نقشه و جی پی اس بود، اما امروز در اپلیکیشن‌های واقعیت افزوده کارایی فوق‌العاده زیادی دارد.

همانطور که از نام این سنسور مشخص است، شتاب را اندازه‌گیری کرده و میزان آن را در اختیار اپلیکیشن‌های مسیریابی و یا دیگر برنامه‌ها قرار می‌دهد.

شتاب سنج، خود از چند سنسور دیگر همچون ساختارهای کریستال میکروسکوپی تشکیل شده است که با توجه به نیروهای شتاب‌دهنده، به شدت تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

در ادامه، شتاب سنج ولتاژ ناشی از کریستال‌ها را به منظور تشخیص سرعت و همچنین جهت حرکت دستگاه تحلیل می‌کند.

از نمایش سرعت حرکت در برنامه‌های اتومبیل اندروید و آی او اس گرفته تا تغییر وضعیت نمایش محتوا حین چرخش دستگاه از حالت عمودی به افقی و بالعکس، بر عهده این سنسور قرار دارند. به همین دلیل، شتاب سنج را باید یکی از پرکاربردترین سنسورها دانست.

ژیروسکوپ (Gyroscope)

ژیروسکوپ با اعلام جهت دستگاه به شتاب سنج، به این سنسور کمک می‌کند. به عبارت دیگر، ژیروسکوپ دقت شتاب سنج را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. به همین دلیل است که تصاویر ۳۶۰ درجه‌ای ثبت شده با یک گوشی هوشمند به این اندازه دقیقا و زیبا هستند.

در هر زمانی که یک بازی ماشینی در دستگاه موبایل خود اجرا کرده و به منظور فرمان دادن به اتومبیل، آن را به اطراف کج می‌کنید، به جای شتاب سنج، این مرتبه ژیروسکوپ وارد عمل شده و نحوه جابه‌جایی را تحلیل می‌کند. دلیل این اتفاق، عدم حرکت واقعی در فضا حین اجرای چنین برنامه‌هایی است.

حین ماشین بازی یا اجرای انواع دیگر بازی‌های نیازمند به تشخیص تحرک، تنها تکان‌هایی بسیار کوچک به دستگاه اعمال می‌کنید که تشخیص آن‌ها نیازمند دقت بالایی است.

ژیروسکوپ‌ها منحصر به گوشی‌ها نیستند. به عنوان نمونه، از آ‌ن‌ها در ارتفاع سنج‌های هواپیماها به منظور تشخیص موقعیت و ارتفاع استفاده می‌شود. ژیروسکوپ همچنین کمک می‌کند حین حرکت، تکان‌های وارد شده تاثیر قابل توجهی بر روی دوربین در حال ضبط فیلم نگذارد.

همانند سنسورهای به کار رفته در هواپیماهای قدیمی، ژیروسکوپ‌ در درون گوشی های هوشمند از ساختار چرخ و کاسه استفاده نکرده و مکانیک متفاوتی دارد. در عوض، آن‌ها را با عنوان ژیروسکوپ‌های سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS –> Micro-Electro-Mechanical Systems) می‌شناسند که ابعادشان از سنسورهای به کار رفته در بوردهای الکترونیکی عادی کوچکتر است.

حین معرفی آیفون ۴ در سال ۲۰۱۰، برای نخستین بار شاهد به کار رفتن ژیروسکوپ از نوع MEMS در یک گوشی هوشمند بودیم. تا پیش از آن، هیچ گوشی موبایلی به این سرعت و دقت قادر به جهت‌یابی و واکنش نشان دادن به تغییر وضعیت نبود.

مغناطیس سنج (Magnetometer)

سه‌گانه سنسورهای گوشی هوشمند که مسئولیت بررسی وضعیت آن حین قرارگیری در یک محیط فیزیکی را بر عهده دارند، با مغناطیس سنج گوشی تکمیل می‌شود. مجددا از نام سنسور می‌توان تا حدودی کاربرد آن را حدس زد. این سنسور میدان‌های مغناطیسی را اندازه‌گیری کرده و با تغییر خروجی ولتاژ آن به گوشی، جهت شمال جغرافیایی را به کاربر (از طریق یک اپلیکیشن) نشان می‌دهد.

وقتی در برنامه‌هایی همچون گوگل مپس و اپل مپس وارد حالت قطب نما (Compass) می‌شوید، بخش عمده کار بر گردن مغناطیس سنج قرار می‌گیرد. تمامی اپلیکیشن‌های قطب نما از این سنسور استفاده می‌کنند. مغناطیس سنج‌ها در فلزیاب‌ها نیز وجود دارند، چرا که می‌توانند فلز مغناطیسی را تشخیص بدهند. پس اپلیکیشن‌های فلزیاب اندرویدی و یا آی او اسی حقیقی بوده و بر اساس یک قابلیت سخت افزاری کار می‌کنند.

در هر صورت، این سنسور برای انجام دادن وظیفه اصلی خود به کمک دیگر سنسورها نیز نیاز دارد. مغناطیس سنج با استفاده از داده‌هایی که از شتاب سنج و همچنین جی پی اس به دست می‌آیند، موقعیت یک کاربر در دنیا و جهت جغرافیایی قرارگیری وی را مشخص می‌کند.

جی پی اس (GPS)

کاربرد تکنولوژی سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning System) بیش از حدی است که تصور می‌کنید. در شرایطی که ممکن است حتی یک نقشه دارای جزییات فراوان نیز به افراد گمشده در یک محل غریب کمک نکند، جی پی اس بهترین مسیر را نمایش می‌دهد.

جی پی اس‌های گوشی های هوشمند، به منظور تشخیص موقعیت کاربر بر روی کره زمین حین راه رفتن، ایستادن و یا حتی رانندگی، از اطلاعات ارسال شده توسط ماهواره‌ها استفاده می‌کنند. برخلاف بسیاری دیگر از سنسورهای گوشی هوشمند ، آن‌ها از هیج داده‌ای در دستگاه استفاده نمی‌کنند، به همین دلیل حتی در زمان از دست دادن سیگنال شبکه موبایل هم می‌توانید موقعیت خود را مشاهده کنید. البته، در این شرایط بعید نیست نقشه بدون جزییات کافی و به صورت محو شده به نمایش در بیاید.

این سنسور به صورت همزمان به چندین ماهواره متصل شده و سپس بر اساس زاویه‌های تقاطع، مکان قرارگیری کاربر را مشخص می‌کند. اگر هیچ ماهواره‌ای به دلایل مختلف همچون قرارگیری کاربر در اعماق زمین و یا ابری بودن هوا پیدا نشود، قادر به مسیریابی نخواهید بود.

اگرچه جی پی اس از داده‌های دستگاه استفاده نمی‌کند، اما حین روشن بودن مصرف انرژی بسیار زیادی دارد. به همین دلیل توصیه می‌شود برای افزایش دوام باتری، در زمان عدم نیاز آن را خاموش نگه دارید. در گجت‌های کوچکی همچون ساعت‌های هوشمند، که مجهز به باتری‌های کوچکی هستند، جی پی اس دقیقا به همین دلیل قرار نمی‌گیرد.

البته این سنسور تنها راهکار تعیین موقعیت نیست. فاصله یک دستگاه تا برج‌های مخابراتی نیز می‌تواند برای مشخص کردن موقعیت به صورت تقریبی مورد استفاده قرار بگیرد. جی پی اس‌هایی که امروز در دستگاه‌های هوشمند استفاده می‌شوند، به مراتب پیشرفته‌تر بوده و سیگنال‌های دریافت شده از ماهواره‌ها را به منظور تعیین موقعیت با دیگر داده‌ها همچون سیگنال‌های برج‌های مخابراتی ترکیب می‌کنند.

سایر سنسورهای گوشی هوشمند

سنسورهای گوشی هوشمند به همین موارد ختم نمی‌‎شوند، اما اهمیت و کاربرد بقیه موارد به اندازه چهار مورد ذکر شده در بالا نیست. بسیاری از گوشی های هوشمند نظیر آیفون‌ها، به یک سنسور فشارسنج نیز مجهز هستند که می‌تواند میزان فشار هوا را اندازه‌گیری کند. این سنسور برای اعمالی همچون تشخیص تغییرات آب و هوایی و محاسبه ارتفاع کارایی دارد.

یکی دیگر از سنسورهای مهم، سنسور مجاورت (Proximity Sensor) است. این مورد ترکیبی از یک چراغ مادون قرمز و آشکارساز نور بوده و همواره در نزدیکی اسپیکرهای بالای صفحه نمایش مختص مکالمه قرار دارد. وقتی گوشی را حین مکالمه به گوش خود نزدیک می‌کنید، این سنسور، مجاورت دستگاه با یک سطح را تشخیص داده و نمایشگر را به منظور کاهش مصرف انرژی خاموش می‌کند.

اگر مکالمه را بر روی اسپیکر اصلی برای پخش با صدای زیاد قرار دهید، فعالیت آن متوقف می‌شود. سنسور مجاورت، یک پرتو نور که به سمت عقب برمی‌گردد را از خود ساطع می‌کند، به همین دلیل پرتوی آن با چشم انسان قابل رویت نیست.

حسگر نور محیط (Ambient Light Sensors) نیز به منظور کاهش مصرف انرژی در دستگاه‌های هوشمند به کار برده می‌شود. این سنسور میزان نور محیط را محاسبه کرده و بر اساس آن، نور صفحه نمایش را به صورت خودکار تنظیم می‌کند.

همانند تمامی قطعات سخت افزاری به کار رفته در گوشی های هوشمند، ابعاد این سنسورها نیز با گذر زمان کاهش پیدا کرده و هوشمندتر از قبل می‌شوند. یک تغییر بسیار مهم دیگر، بهینه‌سازی آن‌ها برای کاهش مصرف انرژی است. بعید نیست در آینده نزدیک، شاهد افزوده شدن سنسورهایی کاملا جدید با کاربردهای متفاوت در دستگاه‌ها باشیم.